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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich auf Polyolefinharz-Zusammensetzungen, dabei
verwendete Vormaterialien und daraus hergestellte Folien.
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Mehr
im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung einer
Kombination von Talkum und Feldspat, Nephelin und/oder Nephelinsyenit.
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HINTERGRUND
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Die
Erfindung bezieht sich auf Polyolefinharz-Zusammensetzungen, die
zur Herstellung klarer Folien ausgelegt sind, die zufriedenstellende
Antihafteigenschaften haben und bei denen das Antihaftmittel eine
niedrige Abrasivität
zeigt. Diese Folien können
in einem breiten Spektrum von Verpackungs- und Abdeckfolien-Anwendungen
eingesetzt werden.
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Polyolefinfolien
werden auf der ganzen Welt weithin zu Verpackungszwecken eingesetzt
und ersetzen zunehmend traditionelle Materialien wie Papier. Polyolefinfolien
mit hoher Klarheit erlauben eine leichte Betrachtung und Identifikation
von Verpackungsinhalten. Bei der Herstellung der Kunststofffolien
besteht jedoch eine Tendenz, dass zwei oder mehr kontaktierende
Schichten der Folie zusammenkleben oder „blocken", was die Trennung der Folie beim Öffnen des
Beutels oder das Finden des Rollenendes schwierig macht.
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Zur
Reduzierung des Blockens ist kommerziell die Hinzufügung von
anorganischen Mineralfüllstoffen zu
der Polyolefinfolie erforderlich. Es ist anerkannt, dass aus Harz
mit Antiblock-Füllstoffen
hergestellte Folien eine rauere Oberfläche aufweisen, die den intimen
Kontakt zwischen den Folienschichten und das Blocken reduziert.
Daher wird für
solche Füllstoffe
der Ausdruck „Antiblockmittel" verwendet.
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Nicht
alle anorganischen Füllstoffe
sind wirksame Antiblockmittel, und einige wirksame Antiblockmittel zeigen
andere Probleme (wie hohe Kosten, hohe Abrasivität, nachteilige Wirkung auf
die optischen Eigenschaften, Gesundheitsrisiken), die ihre kommerzielle
Einsetzbarkeit beschränken.
Das Ziel ist, sowenig Antiblockmittel wie möglich hinzuzufügen, um
die Blockkraft auf das erforderliche Niveau abzusenken, während die
nachteiligen Effekte auf die optischen Eigenschaften des Films und
andere Beeinträchtigungen
wie Verschleiß an
den Verarbeitungseinrichtungen minimiert werden.
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Diatomeenerde
ist weithin als begrenzt wirksames Antiblockmittel eingesetzt worden,
hat aber die folgenden nachteiligen Eigenschaften: eine geringe
Trübung
des Films, geringe Klarheit des Films, sehr hohe Abrasivität, und weist
bescheidene Kosten auf. Talkum wird ebenfalls in bestimmten Polyolefin-Formulierungen als
begrenzt wirksames Antiblockmittel eingesetzt. Seine Vorteile gegenüber Diatomeenerde
sind geringere Kosten, ausgezeichnete Klarheit der Folie und sehr
geringe Abrasivität.
Seine Filmtrübungswerte
sind üblicherweise
nur bescheiden, und es wäre
für Verpackungsanwendungen
hoher Klarheit nicht geeignet. Nephelinsyenit oder Feldspat sind
als Antiblockmittel in hochklaren Folienanwendungen bereits in Betracht
gezogen worden (weil ihr optischer Brechungsindex näher an dem
des Polyethylens liegt), doch sie haben nur eine geringe Wirksamkeit
zur Reduzierung der Blockkräfte
und haben eine sehr hohe Abrasivität.
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Die
Abrasivität
von anorganischen Antiblockmitteln ist aus verschiedenen Gründen wichtig.
Hochabrasive Antiblockmittel tragen zum raschen Verschleiß der Einrichtungen
in Compoundier und verfahrenstechnischen Anlagen bei. Wenn der Verschleiß den Punkt
erreicht, an dem er die Abmessungen der Einrichtungen in den kritischen
Bereichen verändert,
können
sowohl die Dispersion der Additive in dem Harz und die Produktionsgeschwindigkeiten
nachteilig beeinflusst werden. In solchen Fällen kann die Produktqualität leiden
und können
die Herstellungskosten zunehmen, insbesondere wenn eine Einrichtung
außer
Dienst genommen werden und neue Teile zum Ersatz verschlissener
Teile der Einrichtung gekauft werden müssen. Außerdem führt die Abrasion der Einrichtung
zur Einleitung metallischer Verunreinigungen in das Kunststoffprodukt,
was einen nachteiligen Effekt auf die Produktstabilität, die Produktfarbe
oder beides haben kann. Aus diesen Gründen werden Antiblockmittel
mit geringer Abrasivität
bevorzugt.
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Es
sind viele Versuche zur Lösung
des Problems des Ausgleichs von Antiblock- und Trübungseigenschaften
einer Polyolefinfolie unternommen worden, doch richteten sich diese
nicht auf die zusätzlichen
Probleme der Klarheit der Folie und der Abrasivität und der
Kosten des Antiblockmittels (die sämtlich notwendige Aspekte eines
verkaufsfähigen
kommerziellen Produkts sind). Die vorhandene Situation besteht darin,
dass eine kosteneffektive Antiblock-Formulierung für Polyolefinfolien
hoher Klarheit mit geringer Abrasivität des Antiblockmittels noch
nicht gefunden worden ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Polyolefinzusammensetzung mit
einem Polyolefin und einer Mischung einer ersten Komponente, ausgewählt aus
Talkumen und einer zweiten Komponente ausgewählt aus Feldspäten, Nephelin
und Nephelinsyenit, worin das Verhältnis der ersten Komponente
zu der zweiten Komponente eine Abrasivität ergibt, die bedeutend geringer
ist, als nach dem Mischungsgesetz zu erwarten wäre.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf eine Polyolefinharz-Zusammensetzung,
bei der das Verhältnis
der ersten Komponente zu der zweiten Komponente eine Antiblockwirkung
ergibt, die deutlich größer als
die jeweils einer Komponente ist.
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Die
Erfindung bezieht sich schließlich
auf eine Polyolefinfolie mit der Polyolefinharz-Zusammensetzung,
und eine solche Folie kann aus dem vorstehend genannten Komponenten
derart hergestellt werden, dass sie eine deutlich geringere Abrasivität aufweist,
als aus dem Mischungsgesetz zu erwarten wäre. Die Folie kann eine Antiblockwirkung
aufweisen, die deutlich größer ist,
als wenn sie aus einer der Komponenten allein hergestellt wäre.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Mischungen
und die Polyolefinharz-Zusammensetzungen zur Herstellung von Folien
mit zufriedenstellenden Antiblock- und optischen Eigenschaften (Trübung und
Klarheit) eingesetzt werden können.
Die Vormaterial-Mischung kann auch eine niedrige Abrasivität aufweisen.
Die Kombination liefert einen synergistischen Effekt, bei dem der
Grad der Antiblockwirkung unerwartet höher als bei jedem Bestandteil
einzeln wäre,
während
die optischen Eigenschaften beibehalten sind und eine niedrige Abrasivität vorliegt.
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STAND DER TECHNIK
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In
Japanese Kokai Nr. 60 (1985)-49,047 Matsumoto et al „Method
fort he Production of Antifog Polyolefin Film" ist ein Verfahren zur Verwendung einer
Polyolefinharz-Zusammensetzung offenbart, welche Polyolefinharz,
zwei Arten von feingepulvertem anorganischen Füllstoff, ein ungesättigtes
Fettsäureamid
und einen gemischten Fettsäurepolyolester
umfasst.
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In
dem
US Patent Nr. 5,346,944 Hayashida
et al „Polyolefin
Resin Composition" ist
eine Polyolefinharz-Zusammensetzung mit einem Antiblockmittel und,
optional, einem Antistatikmittel, einem Antitrübungsmittel und Antioxidanzien
offenbart.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
DER ERFINDUNG
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Für die vorliegende
Erfindung als geeignet angesehene Polyolefine sind jegliche Polyolefine,
die klar, kristallin und zur Bildung einer selbsttragenden Folie
geeignet erscheinen. Beispiele umfassen kristalline Homopolymere
eines a-Olefin mit Kohlenstoffanzahlen von 2 bis 12 oder einer Mischung
von 2 oder mehr kristallinen Copolymeren oder Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren
mit anderen Harzen. Das Polyolefinharz kann auch ein hochdichtes
Polyethylen, ein Polyethylen niedriger Dichte, ein lineares Polyethylen
niedriger Dichte, Polypropylen, Ethylen-Polypropylen-Copolymer,
Poly-1-Buten, Ethylen-Vinylacetat-Copolymer
usw. und Polythylene niedriger und mittlerer Dichte sein. Weitere
Beispiele werden durch Random- oder Blockcopolymere des Polyethylens,
des Polypropylen-Poly-r-Methylpentens-1, und Ethylen-Polypropylen
sowie Ethylen-Propylen-Hexancopolymere gebildet. Unter diesen sind
Copolymere des Ethylens und Propylens und solche mit ein oder zwei
Bestandteilen aus der Gruppe Buten-1, Hexan-1. 4-Methylpenten-1, und Octen-1
(die so genannten LLDPE) besonders geeignet. Das Verfahren zur Herstellung
des in der vorliegenden Erfindung eingesetzten Polyolefinharzes
ist nicht beschränkt.
Beispielsweise kann es durch Ionenpolymerisation oder Radikal-Polymerisation
hergestellt werden. Beispiele durch Ionenpolymerisation hergestellter
Harze umfassen Homopolymere wie Polyethylen. Polypropylen, Polybuten-1
und Poly-4-Methylpenten und Ethylencopolymere, die durch Copolymerisation
von Ethylen und a-Olefin erhalten worden sind, wobei die a-Olefine
von 3 bis 18 Kohlenstoffatome enthalten wie Propylen, Buten-1, 4-Methylpenten-1,
Hexen-1, Octen-1, Decen-1 und Octadecen-1. Diese a-Olefine können einzeln
oder in zwei oder mehr Sorten eingesetzt werden. Weitere Beispiele
umfassen Propylencopolymere wie Copolymere von Propylen und Buten-1.
Beispiele von Polyolefinharzen, die durch Radikal-Polymerisation erhalten
worden sind, umfassen Ethylen allein oder Ethylencopolymere, die
durch Copolymerisation von Ethylen und radikalpolymerisierbaren
Monomeren erhalten worden sind. Beispiele von radikalpolymerisierbaren
Monomeren umfassen ungesättigte
Karboxylsäuren
wie Acrylsäure,
Methylacrylsäure und
Maleinsäureester
und Säureanhydride
derselben sowie Vinylester wie Vinylacetat. Konkrete Beispiele von Estern
ungesättigter
Karboxylsäuren
umfassen Ethylacrylat, Methylmethacrylat und Glydidmethacrylat.
Diese radikalpolymerisierbaren Monomeren können einzeln oder in zwei oder
mehr Sorten eingesetzt werden.
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Das
Talkum wird bei der vorliegenden Erfindung aus denjenigen Talkumsorten
ausgewählt,
die für
verarbeitbare Polyolefinmaterialien einsetzbar sind. Ein typisches
Talkum ist monoclin in seiner Kristallstruktur, hat ein spezifisches
Gewicht von ungefähr
2,6 bis 2,8 und die empirische Formel Mg3Si4O10(OH)2.
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Die
mittlere Partikelgröße des eingesetzten
Talkums liegt vorzugsweise bei ungefähr 0,1 Mikron bis ungefähr 10 Mikron.
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Die
zweite Komponente wird aus Feldspäten, Nephelinen und Nephelinsyeniten
oder Mischungen derselben ausgewählt.
Derartige Materialien sind dem Fachmann bekannt und in „Minerals
and Rocks", The
new Encyclopedia Britannica, Vol. 24, pp. 151–157, 175–179, Encyclopedia Britannica,
Inc. (Chicago 1986) praktisch definiert, die in ihrer gesamten Offenbarung
hier aufgenommen sei.
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Vorzugsweise
ist die mittlere Partikelgröße der zweiten
eingesetzten Komponente von ungefähr 0,1 Mikron bis ungefähr 10 Mikron.
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Die
Mischung wird durch einen geeigneten Mischvorgang hergestellt, der
die Komponente nicht in nachteiliger Weise reduziert oder agglomeriert.
Eine solche Mischung kann, muss jedoch nicht, in den gegebenenfalls
vorhandenen Mahlvorgang der Komponente integriert sein.
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Die
Eigenschaft der Abrasivität
kann unter Verwendung des Einlehner AT 1000 Abrasivitätstesters
und der empfohlenen Vorgehensweise des Herstellers bestimmt werden,
da diese Einrichtung und Verfahrensweise im Stand der Technik be kannt
sind. Das Manual „Einlehner
Abrasion Tester AT 1000" soll
mit seiner Offenbarung insgesamt hier eingeschlossen sein.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist die vorliegende Erfindung ein Antiblockmittel aus einer Mischung einer
ersten Komponente aus Talkumen und einer zweiten Komponente, die
aus Feldspäten,
Nephelinen und Nephelinsyeniten ausgewählt ist.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist das Verhältnis
der beiden Komponenten von ungefähr 1/3
bis ungefähr
3/1; d. h., es sind ungefähr
25% bis ungefähr
75% Talkum zugegen, wobei der Rest die zweite Komponente bildet.
Bevorzugter liegt das Verhältnis
von ungefähr
45/55 bis 75/15.
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Vorzugsweise
ergibt die Antiblockwirkung einen Blockgrad von ungefähr 85% oder
weniger als eine einzelne Komponente; bevorzugter einen Blockgrad
vor ungefähr
75% oder weniger als eine einzelne Komponente; und noch bevorzugter
einen Blockiergrad von ungefähr
50% oder weniger als eine einzelne Komponente.
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Das
Antiblockmittel kann bei der Herstellung einer Polyolefinfolie eingesetzt
werden. Dann führt
die Mischung der ersten Komponente und der zweiten Komponente nicht
zu einem merklichen Verlust an optischen Eigenschaften wie Klarheit
und Trübung.
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Die
Mischung der ersten und zweiten Komponente kann als eine Vormischung
hergestellt werden, die einer Polyolefinharz-Zusammensetzung hinzugefügt wird,
oder erst dann in situ entweder in einer Polyolefinharz-Zusammensetzung
als Teil der Polyolefinfolienherstellung formuliert werden. Die
Reihenfolge der Hinzufügung
der separaten Komponenten ist nicht kritisch. Bei einer Formulierung
in situ können
die Komponenten separat hintereinander oder gleichzeitig zugefügt werden
oder in separaten Masterbatches, die später miteinander vermischt werden.
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Die
Erfindung ist eine Polyolefinharz-Zusammensetzung mit einer Mischung
einer ersten Komponente aus Talkumen und einer zweiten Komponente,
die aus Feldspäten,
Nephelinen und Nephelinsyeniten ausgewählt ist.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
ist eine Polyolefinfolie, die die Polyolefinharz-Zusammensetzung umfasst
und eine Antiblockwirkung liefert, die deutlich größer als
die einer einzelnen Komponente ist.
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Vorzugsweise
umfasst die Polyolefinharz-Zusammensetzung eine Mischung der ersten
und zweiten Komponente, wobei das Verhältnis der ersten Komponente
zur zweiten Komponente von ungefähr
1/3 bis 3/1 beträgt
und die erste und die zweite Komponente in Kombination einen Blockgrad
von ungefähr
50% oder weniger hervorruft.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel
ist die Erfindung eine Polyolefinfolie, die eine erste Komponente
aus Talkumen und eine zweite Komponente aus Feldspäten, Nephelinen
und Nephelinsyeniten umfasst.
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Vorzugsweise
umfasst die Polyolefinfolie eine erste Komponente aus Talkumen und
eine zweite Komponente aus Feldspäten, Nephelinen und Nephelinsyeniten
und liefert das Verhältnis
der ersten Komponente zur zweiten Komponente eine Antiblockwirkung,
die deutlich größer als
die einer einzelnen Komponente ist.
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand der nachstehenden illustrativen
Beispiele beschrieben.
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BEISPIELE
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Beispiel 1
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Bei
diesem Versuch wurden Talkum und Nephelinsyenitmineralien, allein
und in Kombination, mit Diatomeenerde als Kontrollmatieral in LDPE-(Polyethylen
niedriger Dichte)Harz unter Verwendung eines Leistritz Doppelschraubenextruders
bei einer Beladung von 50% zur Herstellung von Antiblock-Masterbatches kompoundiert.
Das Verhältnis
von Talkum zu Nephelinsyenit wurde von 0/100 bis 100/0 variiert.
Die Masterbatches wurden sodann mit LDPE und einem Gleitmittel-Masterbatch
aus Erucamid gemischt und dann in eine 1 mm dicke Folie unter Verwendung
einer Blasfilmlinie mit einer Schraube geblasen, so dass sich am
Ende eine Folienformulierung von 2000 ppm (Teile pro Million) gesamtes
mineralisches Antiblockmittel und 750 ppm Erucamid-Gleitmittel ergab.
Die erhaltenen Folien wurden sodann hinsichtlich des Blockgrades
und der optischen Eigenschaften (Trübung und Klarheit) unter Verwendung
der nachfolgenden Verfahrensweisen getestet.
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Test Verfahren:
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(1) Blockgrad
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Zur
Messung des Blockgrades wurde die Parallelplattenmethode nach ASTM
D3354-74 verwendet. Bei der Probenherstellung wurden Stücke von
8'' × 8'' aus
dem flach gelegten Schlauch ausgeschnitten. Die beiden Folienschichten
wurden separiert und langsam über
eine geerdete Stange gezogen, um statische Elektrizität zu entfernen.
Sie wurden sodann wieder zusammengefügt, so dass die Innen-Oberflächen des
Original-Glasschlauchs in Kontakt miteinander waren. Alle Folien
wurden unter einer Belastung von 1,0 psi über 24 Stunden in einem Umluftofen
bei 40°C
konditioniert. Die zur Separierung der beiden Schichten erforderliche Kraft
wurde dann bestimmt und in Gramm ausgedrückt.
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(2) Trübung
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Dieser
Test wurde nach ASTM D 1003 durchgeführt. Trübung ist der Anteil des durchgehenden
Lichtes, welcher beim Passieren der Folienprobe gestreut wird. Je
niedriger die Trübungszahl,
desto besser sind die optischen Eigenschaften der lichtdurchlässigen Folie.
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(3) Klarheit
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Für diesen
Test wurde ein Zebedee CL-100 Klarheitsmessgerät verwendet und entsprechend
den Herstellerangaben betrieben. Optische Klarheit ist definiert
als die Detailgenauigkeit, mit der ein Gegenstand durch eine Folie
gesehen werden kann.
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Je
höher die
Klarheitszahl, desto besser die Gegenstandsauflösung des Films.
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Bei
den Proben verwendete spezifische Antiblockmineralien waren: Talkum
A (Politalk AG609), Talkum B (Polyblock), Nephelinsyenit (Minex
7) und Diatomeenerde (Super Floss). Die Ergebnisse des Blockgrades,
der Trübung
und der Klarheit für
die Proben des Beispiels 1 sind in Tabelle 1 wiedergegeben. Tabelle 1 Formulierung: 2000 ppm Antiblock und 750
ppm Slip in LDPE Film
| Probe | Antiblock-Mittel
@ 2000 ppm | Blockgrad | Trübung | Klarheit |
| 1 | 50/50
Mischung aus Talkum A und Nephelinsyenit | 33.9 | 5.5 | 51 |
| 2 | 50/50
Mischung aus Talkum B und Nephelinsyenit | 34.1 | 5.6 | 47 |
| 3 | 75/25
Mischung aus Talkum A und Nephelinsyenit | 35.5 | 5.5 | 55 |
| 4 | 25/75
Mischung aus Talkum A und Nephelinsyenit | 31.5 | 5.4 | 51 |
| 5 | 100%
Talkum A | 42.7 | 5.8 | 57 |
| 6 | 100%
Nephelinsyenit | 43.5 | 4.9 | 50 |
| 7 | 100%
Diatomeenerde | 35.6 | 5.6 | 33 |
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Beispiel 2
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In
diesem zusätzlichen
Versuch wurden die in Beispiel 1 beschriebenen Antiblock-Masterbatches
mit LDPE-Harz gemischt und in eine 1 mm dicke Folie unter Verwendung
einer Blasfolienlinie mit einer Schraube geblasen, so dass sich
am Ende eine Folienformulierung von 5500 ppm gesamten mineralischen
Antiblockmittels ergab.
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Die
hergestellten Folien wurden sodann hinsichtlich ihres Blockgrades
und ihrer optischen Eigenschaften (Trübung und Klarheit) getestet,
wobei die gleichen Testmethoden wie in Beispiel 1 beschrieben eingesetzt wurden.
Die Ergebnisse des Blockgrades, der Trübung und der Klarheit für die Proben
des Beispiels 2 sind in Tabelle 2 enthalten. Tabelle 2 Formulierung: 5500 ppm Antiblock und kein
Gleitmittel in LDPE
| Probe | Antiblock-Mittel
@ 5500 ppm | Blockgrad | Trübung | Klarheit |
| 1 | 50/50
Mischung aus Talkum A und Nephelinsyenit | 32 | 7.3 | 38 |
| 2 | 100%
Talkum A | 56 | 8.4 | 47 |
| 3 | 100%
Nephelinsyenit | 58 | 6.5 | 28 |
| 4 | 100%
Diatomeenerde | 39 | 8.8 | 10 |
| 5 | 100%
Talkum C* | 39 | 8.2 | 29 |
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Talkum C ist ABT 2500 Talkum